制作简易太阳能热水器学生版（自制太阳能热水器小学生版）

设计和安装供个人使用的太阳能电池阵列可能是一项艰巨但有益的挑战……如果您知道自己在做什么。在此处了解太阳能 DIY 的所有优缺点以及来龙去脉。

作者 珍妮·雅库布 编译 陈讲运

2020 年在阳光下为您的房屋、车辆、机舱或船提供全面动力从未如此简单。首先，国际能源署最近在其2020 年展望报告中表示，太阳能——电力的“新之王”——是有史以来最便宜的电力形式。因此，现在几乎可以肯定的是，通过 DIY Solar显着减少甚至消除您的水电费。

更好的是，家用太阳能所需的材料成本在过去十年中下降了 70%。价格下跌的最大原因在于光伏 (PV) 面板本身：价格下降90%（见于 2019 年）从 2 美元/瓦降至微不足道的 0.20 美元/瓦！

平均而言，在2010年和2020年之间，美国，安装的成本住宅太阳能系统从下跌$ 7.50 /瓦至$ 2.50 /瓦。（价值因地而异，无论您是使用直流电还是交流电，都相差一两美元。）

这意味着您的前期成本降低，投资回收期缩短。在短短 5 到 10 年内——如果你做的一切都正确——相信你的 DIY 太阳能系统将开始为你赚钱是合理的。这对你和地球都很好。

您从哪里开始自己动手的太阳能之旅？在这里，您将发现家庭太阳能项目的所有方面您必须在实施和操作之前进行研究. 遵循此处概述的分步过程可确保您涵盖所有基础知识，并在此过程中做出明智的决定和选择。

大多数想要安装太阳能的房主最终都会找到安装公司，但这并不是唯一的选择。

在电气承包方面具有强大背景或经验的自己动手做，在使用此处的指南进行仔细研究和规划后，将能够从头到尾成功地完成 DIY 太阳能项目。

如果这听起来像你，那就去吧！您正在拥有和运营清洁能源设施，该设施可以让您在未来几十年实现能源自给自足和低碳足迹。

但是，如果您是一个 DIYer，几乎不熟悉设置复杂的多部分电气系统，那么在项目期间的几个关键点（如安装和布线）的专业帮助下完成的 DIY 太阳能项目可能更谨慎选项。

如果您的团队中有经验丰富的人员，您将避免购买错误的组件或劣质材料。更重要的是，您将消除围绕高压发生潜在致命事故的可能性。您也不太可能使任何保证无效。

您可以选择三种太阳能系统来为您的家庭和财产供电：

1. 并网——当能源需求高于系统输出时，您的太阳能电池阵列直接连接到公共电力设施。任何多余的都被发送到电网。在大多数地方，电力公司会记入您的账单。

2. 并网与备用电池（混合动力） — 这种替代方案允许您将家中太阳能电池板产生的多余电力储存在备用电池中。如果您的电池充满电，多余的电力会被发送到电网，并且在大多数情况下您会得到报酬。为了满足您的家庭需求，电池组会在电力需求高峰时间接管之前激活和熄灭。

3. 离网- 在此太阳能设置中，您完全独立于公用事业供应。无论您的太阳能电池阵列输出如何，您都拥有。您可以连接备用电池以避免断电。

在 DIY 太阳能项目的研究和规划阶段，您必须问自己：

• 什么究竟是电力需求，我要见我的太阳能安装吗？
• 并网、离网或混合设置最好吗？
• 我必须获得哪些必要的许可、执照和检查？
• 对于我的项目，商业上最好的材料是什么？
• 我如何监控我的系统以确保它始终以最高效率和功能运行？
• 我必须怎么做才能维护我的太阳能电池阵列，使其在整个生命周期内都能以最佳状态运行？

在快速扩张的可再生能源供应市场中，您必须为每个必须集成的组件提供多种选择，以使您的 DIY 太阳能系统在其整个使用寿命期间高效工作。以下是大多数太阳能系统的主要部件列表。（注意：根据您的独特情况，您可能需要此处未列出的其他元素。）

1. 太阳能板
2. 逆变器
3. 功率优化器
4. 充电控制器
5. 光伏断开
6. 净米
7. 安装机架或立杆 支架
8. 接线和其他电气部件
9. 电池

在完成所有头部工作和后勤工作后，您将继续走动：将光伏电池板安装在您房产某处的机架或电线杆上，然后将它们连接到您的家用电气面板。根据您是选择并网系统、离网系统还是混合系统，可能需要进一步的电气连接才能使一切正常运行。

由于购买太阳能电池阵列是一项重大投资，因此您必须彻底研究您的选择并权衡利弊。

以下是 DIY 太阳能项目的主要优点：

1. 为您的家或车辆通电的最便宜的方式。

2. 知道你自己做的很满意。

3. 对于户外照明或工具棚等较小的电气化项目，可能比将它们连接到公用电网更具成本效益。

4. 为遏制气候危机必不可少的可再生能源转型做出个人贡献。

一个自己动手的太阳能项目也有几个缺点。

以下是 DIY 太阳能项目的主要缺点：

1. 从头开始构建自己的太阳能电池阵列需要您可能不具备的高级技术知识和专业知识。

2. DIY 太阳能家庭套件通常设计用于小型项目的离网工作。如今，可让您直接接入公共电网的太阳能套件已面世，并可让您为整个家庭供电。

3. 由于近年来完整太阳能装置的成本大幅下降，因此与使用来自认可公司的认证技术人员相比，自己进行劳动已不再具有成本效益。

4. 如果您的项目是屋顶太阳能，则在钻孔或不正确防水时可能会意外损坏屋顶。

5. 您对屋顶造成的损坏可能会使保修失效。保险可能不涵盖因泄漏造成的任何水或霉菌损坏。

6. 如果您没有执照，在高压附近工作很容易导致意外触电和可能的死亡。

7. 如果您在屋顶上安装光伏电池板，对于没有高空工作经验的人来说，坠落造成的伤害或死亡风险可能太大而无法承受。

8. 自己安装太阳能可能会阻止您从某些地方或州的回扣或奖励中受益，如果您雇用了授权的太阳能公司，您将获得这些回扣或奖励。

在考虑了 DIY 太阳能的所有利弊之后，您可能仍然会支持自己的项目。如果是这样，那么在您开始之前，有一长串要做的事情。如果仔细遵循，您仍然可以领先。

你想用你的太阳能电池板发电多少？回答这个问题是您 DIY 太阳能项目最重要的方面。

它将允许您计算出您需要多少太阳能电池板，如果需要，还可以确定用于太阳能存储的电池组的大小。您的能源使用情况还将决定您需要的逆变器和充电控制器以及接线的厚度和保险丝的尺寸。

每个电器都包括在这个计算中很重要，以获得总输出功率。您需要所有电器（如冰箱、烤箱、热水器、电脑、电视、洗衣机、烘干机、吹风机、时钟、照明、电动踢脚板、空间加热器、手机）的所有电力需求的总和、平板电脑等。

首先查找所有电器和设备上的功耗额定标签。

其中一些可能会显示瓦数。在其他情况下，您必须根据给定的安培数或电压来计算它。使用此公式进行转换：

瓦特 (W) = 伏特 (V) x 安培 (A)

有很多在线计算器可以用来加起来。或者，您可以像这样设置一个表：

注意：要填写第四列，请将输出功率（第 2 列）乘以每天的使用小时数（第 3 列）。然后将第四列中的所有值相加，得到您每天使用的总瓦数，以千瓦时 (kWh) 表示。

对于所有类型的 DIY 太阳能项目，请使用您用来进行多次计算的千瓦时 (kWh) 数来计算为项目完全供电所需的太阳能电池板的数量和电压。免费的在线计算器可以简化它以及与您的 DIY 太阳能项目相关的许多其他计算。

在并网太阳能设置中，您直接连接到公共电力公司的电网。这意味着当您的太阳能电池阵列产生的电力超过您的需要时，它会进入电网并可供其他人消费。

在大多数情况下，您的电力公司通过称为净计量的程序向您支付这种能源费用。这意味着多余的可再生能源在进入电网时会转回您的电表，从而降低您的整体能源使用量（您支付的费用）。

您的电力供应商是以零售价还是批发价向您报销取决于您居住的地方。不幸的是，并非所有州都允许净计量。

要了解有关您所在州的净计量规则的更多信息，请访问DSIRE（州可再生能源和效率激励数据库）。

图片来源：DSIRE

在并网系统中，当您的能源需求高于太阳能电池阵列所能提供的能源时——例如在夜间或当您的面板被雪覆盖时——电网将您所需的电力输送到您的家中，避免中断。

在并网系统中，有时也称为并网太阳能屋顶设置，需要一些基本组件才能正常运行。

• 光伏板
• 安装硬件
• 适用于并网设置的纯正弦波逆变器（将来自 PV 的直流电转换为家用交流电；将额外的交流电泵回公用电网）
• DC 或功率优化器（最大化从太阳能电池回收的能量）
• 电网断开（在停电期间关闭您的系统）
• DC 断开连接（关闭阵列以进行维护）
• 汇流箱（将所有组件组织在一个地方）

注意：有三种不同类型的逆变器可以在并网系统中工作。无论您选择什么，请确保它是纯正弦波型逆变器。（有关这方面的更多信息，请参见下面的离网部分）。

如果您的房屋朝南且没有遮光问题，则串式逆变器是最经济的。使用该逆变器，来自多个面板的串的电流连接并馈入逆变器。如果串中的一个面板受到阴影影响或出现故障，则整个串的能量输出会减少。

采用直流优化器技术的串式逆变器克服了这个问题。单独的功率优化器连接到阵列中的每个太阳能模块，并独立于所有其他模块运行。来自优化器的所有 DC 都被引导到发生 DC-AC 转换的逆变器。

对于这种类型的逆变器，阴影或故障只会影响特定的面板（而不是整个串）。可以使用这种类型的逆变器监控每个面板的操作。

微型逆变器是一种安装在每个面板上的逆变器。直流到交流的转换发生在那里。然后，交流电从您的屋顶汇集在一起，并直接馈入您的家用交流电断路器箱。

这种类型的逆变器安装最简单。它还允许您使用其他类型或型号的光伏面板来扩大您的太阳能电池阵列，每个面板都有自己的微型逆变器。（相比之下，要使用串式逆变器扩展太阳能电池阵列，您必须使用相同类型的面板。）

当您考虑所有因素时，并网系统实际上是最简单且成本最低的设置。离网和混合系统需要——除了上面列出的并网系统的基本部件——充电控制器、电池组和其他额外的过流保护器。

如果您对以任何方式离网生活感兴趣，或者如果您远离公共事业，DIY离网- 有时称为独立 - 太阳能电池阵列是不费吹灰之力的。2020 年的好消息：无论您是为远程机舱、货车、房车还是船只通电，离网太阳能的可能性实际上是无穷无尽的。

离网系统的基本组件类似于并网设置，但增加了：

• 充电控制器（将 DC 发送到您的备用电池组，但不时将其关闭以防止过度充电）
• 电池组（没有阳光时需要供电）
• 逆变器（修正或纯正弦波，取决于您的电源需求）
• 系统(BoS) 组件（电线、保险丝、断路器盒等）的 平衡

Su-Kam Solar 以下短视频描述了纯正弦波逆变器与修正正弦波逆变器的不同用途。您不仅会看到两者图形插图的差异；你也会听到对比。

对于任何类型的 DIY 太阳能项目，您必须确定您的电力需求，如前所述。使用离网时，您可以计算出该值并计算出存储它所需的电池数量。如果您希望使用持续数天或数周的电源，您也必须考虑到这一点.

这对于电池来说变得复杂，因为它们的额定储存温度为室温或略高于室温。这意味着如果您处于冰冻条件，它们的存储容量会显着减少（50% 或更多）。因此，当您处于寒冷的地方或季节时，仅出于这个原因，您可能需要显着增加电池组的尺寸。

电池组的电压——无论是 12V、24V 还是 48V——也很重要。它会影响它们之间的连接线和通往逆变器的电缆的厚度（和价格）。

要确定电压，请考虑为所有电器供电需要多少瓦特。一个 12V 的电池组可能足以容纳一部手机和一些 12V 直流电器。但是，如果您希望产生 2,000 瓦或更多的功率，则 24V 或 48V 电池组更有意义。

另一个重要的考虑因素是您的面板每天将接收的日照小时数。这个数目并没有等于日光的长度和随季节而变化。

这取决于太阳相对于面板方向的角度。美国的太阳时数地图可通过国家可再生能源实验室 (NREL) 获得。

美国年度太阳能辐照度 图片来源：NREL

一旦您知道太阳能电池阵列的电压和电池组电压，您就需要一个充电控制器来管理这两者。现在有两种基本类型的充电控制器技术可用：PWM（脉宽调制）或MPPT（最大功率点跟踪）。

当电压匹配时，PWM 充电控制器就足够了。当电压不同时，请使用 MPPT 控制器。

最后但并非最不重要的是逆变器，您需要将模块中的直流电转换为交流电，以供使用交流电运行的设备使用。此外，您需要知道逆变器需要什么类型的交流电。在美国，它是 120/240V 分相，60 Hz。

虽然可以配置一些逆变器，但其他逆变器是固定的。在购买之前检查逆变器规格表（在手册中或在公司网站上），以确保您拥有系统所需的规格表。

更复杂的因素是一些电器使用 240V，而其他电器使用 120V。并非所有逆变器都能产生 240V 电压，因此您可能需要堆叠（即连接在一起）两个额定电压为 120V 的逆变器，以满足您的所有电源需求。再次检查规格表以确保您使用的是正确的设备。

最后一件事：逆变器旨在匹配特定的电池组 - 无论是 12V、24V 还是 48V。因此，您需要在购买逆变器之前确定将使用的电池组尺寸。

如果您认为将来可能想要建立太阳能电池阵列和/或电池存储能力，现在购买可以处理额外电压的逆变器将使您以后不必进行昂贵的逆变器升级。

结合并网和离网太阳能系统的功能，混合系统享有两全其美的优势。您可以储存太阳能以备夜间使用或停电时使用。

这对于某些地区的房主来说是理想的选择，否则他们将不得不在晚上或夜间为电网电力支付更高的峰值电费。

但是，如果您所在地区的净计量良好并且停电最少，那么标准的并网系统可能是您的最佳选择。

下图说明了混合系统的工作原理：

如图所示，此类系统中使用了一种特殊的混合逆变器。同样重要的是要注意，如果您选择此设置，则应在安装时购买电池。电池技术发展迅速，如果等待时间过长，可能会导致与您的混合动力系统不兼容。这可能意味着您以后需要进行大量昂贵的升级。

对于混合动力系统，交流耦合电池很常见。这些电池存放既从太阳能电池阵列的直流和电网AC为交流电（AC） 。目前，Tesla Powerwall是交流耦合电池最受欢迎的选择之一。

相比之下，直流耦合电池存储来自太阳能电池板的直流电，并将来自电网的交流电转换为也存储在电池中的直流电。

使用直流耦合电池的光伏系统比当前的交流耦合电池更节能。这种差异在大规模安装时更为明显。因此，它可能不会影响您的家庭太阳能安装效率。

住宅项目可使用三种主要类型的太阳能电池板。

单晶太阳能模块由 60 或 72 个太阳能电池组成，这些太阳能电池由均匀黑色的硅制成，外覆玻璃和金属框架。每个单元格都有圆形的白色边缘。单晶电池板比其他类型的电池板稍贵，但效率要高得多。它们将高达 23% 的阳光转化为电能。

多晶太阳能电池板还包含 60 或 72 个太阳能电池，每个电池都是呈斑驳蓝色的完美方形。它们将大约 15%-17% 的太阳能转化为可用电能。多晶面板比单晶组件略便宜。

薄膜太阳能电池是一种轻质且柔韧的光伏材料片，应用于玻璃等固体表面。薄膜的效率甚至低于其他类型，通常只有 10-13%。它们也更便宜。

如果您的 DIY 太阳能项目空间有限，单晶电池板是最佳选择，因为它们具有最高的效率和与其多晶表兄弟相似的成本。

如果空间不是问题并且您正在努力降低成本——即使是在很小的方面，多晶面板可能是合适的。

薄膜不适合小型太阳能安装项目，也不值得。

对于像 DIY 太阳能这样复杂且昂贵的项目，您绝对需要把它做好。以下是您可能一直想知道的一些问题以及答案。

这个问题没有正确答案。这完全取决于您的目标、技术知识、电气经验、能源需求和您的位置。

例如，如果您的目标是为一个四口之家为整个 2,000 平方英尺的房屋供电，并且您有很少断电的净计量，则并网系统是最经济的。

但是，如果您只想在秋季为僻静的狩猎庇护所通电，那么离网太阳能系统是您最好的选择。

如果您无法使用净计量、您的公用事业公司在高峰使用时收取高额费用，或者您经常断电或停电，则混合太阳能系统是最佳选择。

在您的 DIY 太阳能项目投入使用之前，您必须支付多项来自当地司法管辖区和电力公司的许可和检查费用。与他们协商以了解您必须做什么以及何时进行。即使缺少一个也可能会延迟甚至阻止您的项目完成。

但在您开始为您的太阳能系统进行研究之前，请检查以确保未获得许可的房主可以安装并网太阳能电池阵列。如果没有，您将不得不聘请获得许可的太阳能公司。这可能比您最初的预算多出几千美元。

由于屋顶或财产上的面板，您的家庭保险可能会增加。在开始之前联系您的代理，以确定年度增长是否在您的预算范围内。

如果您不能完全确定您是否购买了所有正确的组件，请确保在您将它们从包装盒中取出之前，它们可以退回。如果您错了并且需要更换材料，如果您无法获得该物品的退款，您会对额外费用感到失望。

在美国，联邦太阳能税收抵免，也称为投资税收抵免(ITC)，允许您扣除 26%（2021 年降至 22%）的太阳能安装成本，没有上限。您可以作为安装人员执行此操作，也可以聘请公司来执行此工作。

At this point, there is no plan to extend this tax credit past 2021 to homeowners under the current Administration, although a newly elected executive branch and Congress could do so.

太阳能可再生能源证书 (SREC) 是房主的另一项奖励。通过此计划，您可以向公用事业单位出售能源证书并获得现金返还。该系统的工作方式类似于证券交易所。SREC 值因州和月而异。

您必须与您所在的州和地方当局核实，以了解任何其他奖励或回扣。这些可能取决于您聘请经批准的太阳能公司来执行安装。

DIY太阳能项目最重要的部分是规划和设计。对于这些步骤，您必须进行大量研究。

所有计算所需的一个关键数字是您希望太阳能电池阵列提供的所有设备一天消耗的瓦特小时电量。如果您包括电池存储，那么了解您想要储备多少天的电量也很重要。

弄清楚这一点后，接下来就是为您的并网、离网或混合系统购买必要的组件。

在获得所有必要的许可并接受检查后，您可以安装面板。在它们上线并开始发电之前，必须再进行一两次检查。

如果正确完成，您的 DIY 太阳能项目可为您提供数十年的清洁能源。这对您和地球来说都是双赢的。